JPH1136926A

JPH1136926A - 筒内噴射式エンジン

Info

Publication number: JPH1136926A
Application number: JP9197311A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Tetsuno; 雅之鐵野; Michihiro Imada; 道宏今田; Tatsuo Yamauchi; 健生山内; Kiyotaka Mamiya; 清孝間宮
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1997-07-23
Filing date: 1997-07-23
Publication date: 1999-02-09

Abstract

(57)【要約】【課題】筒内噴射式エンジンにおいて成層燃焼領域と
均一燃焼領域とでそれぞれ燃料噴射量の制御を適正に精
度良く行ない、両運転領域間でのトルク段差を抑制し、
トルクの調整を効果的に行なう。【解決手段】燃焼室内に直接燃料を噴射するインジェ
クタ２２を備え、成層燃焼領域では圧縮行程で燃料を噴
射させ、均一燃焼領域では吸気行程で燃料を噴射させる
ようにする。そして、スロットル開度を成層燃焼領域で
は負荷の変化に対して略一定とし、均一燃焼領域では負
荷の変化に応じて変化させるように制御するスロットル
開度制御手段５３と、目標空燃比を成層燃焼領域ではエ
ンジン回転数及び目標トルクに対応させて設定し、均一
燃焼領域ではエンジン回転数及び吸気充填量に対応させ
て設定する目標空燃比設定手段５６と、目標空燃比と吸
気充填量とに基づいて燃料噴射量を制御する燃料噴射量
制御手段５７とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼室内に直接燃
料を噴射するインジェクタを備えるとともに、一部の運
転領域では成層燃焼を行なわせ、別の運転領域では均一
燃焼を行なわせるようにした筒内噴射式エンジンに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、燃焼室内に直接燃料を噴射す
るインジェクタを備えるとともに、燃費改善のため特定
運転領域では大幅なリーン状態で成層燃焼を行なわせ、
他の運転領域では均一燃焼を行なわせるようにした筒内
噴射式エンジンは一般に知られている。すなわち、この
エンジンの燃焼状態の制御として、低負荷低回転側の所
定運転領域では上記インジェクタから圧縮行程で燃料を
噴射させることより、燃焼室全体としては大幅なリーン
状態としつつ点火プラグ回りに混合気を偏在させて成層
燃焼を行なわせ、また高負荷側、高回転側の領域では上
記インジェクタから吸気行程で燃料を噴射させることに
より、燃焼室全体に燃料を拡散させて均一燃焼を行なわ
せるようにしている。また、通常、均一燃焼を行なわせ
る領域のうちで成層燃焼領域に隣接する比較的低負荷
側、低回転側の運転領域では、空燃比を理論空燃比より
もリーンとし、かつ運転状態に応じて空燃比を変化させ
るように設定している。

【０００３】このようなエンジンにおける燃料噴射量の
制御の一般的な手法として、均一燃焼領域では運転状態
に応じて目標空燃比を設定するとともに、この目標空燃
比と吸入空気量とに基づいて燃料噴射量を演算し、一
方、成層燃焼領域では、スロットル開度を全開に近い状
態にして吸入空気量を多くしつつ燃料量でトルクを調節
するために、運転状態に応じて直接燃料噴射量をマップ
から演算することが考えられる。

【０００４】また、例えば特開平７−３０１１３９号公
報に示されている装置では、成層燃焼領域及び均一燃焼
領域のいずれにおいても、アクセル開度及びエンジン回
転数から目標トルクを求めて、その目標トルクに応じて
目標空燃比をマップから求めるとともに、エンジン回転
数及びブーストから吸入空気量を求め、上記目標回転数
と吸入空気量とから燃料噴射量を演算するようにしてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の一般的な手法と
して考えられる制御によると、成層燃焼領域では直接燃
料噴射量をマップから演算し、均一燃焼領域では目標空
燃比と吸入空気量とに基づいて燃料噴射量を演算という
ように、各運転領域で燃料制御の仕方が著しく異なるた
め、予めベンチテスト等により両運転領域間でトルク段
差が生じないように成層燃焼領域の燃料噴射量のマップ
及び均一燃焼領域の目標空燃比のマップを設定しておい
ても、吸気温や大気圧の変化によって吸気密度が変化
し、これが吸入空気量に影響を及ぼした場合、両運転領
域間でトルク段差が生じ、運転性能や運転者のフィーリ
ングに悪影響を及ぼす。

【０００６】また、上記公報に示された装置では、エン
ジン回転数及びブーストから吸入空気量を求め、これと
目標空燃比とに基づき燃料噴射量を演算しているが、１
サイクル当りの吸入空気の重量を精度良く求めることが
難しくて、吸気温や大気圧の変化による誤差が生じやす
い。また、成層燃焼領域及び均一燃焼領域のいずれにお
いても目標空燃比を目標トルクに対応させたマップを設
定しているが、とくにリーン空燃比の均一燃焼領域で
は、運転状態に応じて吸入空気量と目標空燃比とをそれ
ぞれ精度良く制御することで出力を調節する必要があ
り、予めベンチテスト等により一定環境下で運転性能等
を満足するように目標トルクと目標空燃比との関係をマ
ップで設定しておいても、運転中に吸気温や大気圧が変
化すると吸気充填量が変化するため、実際のトルクと目
標空燃比との関係がずれてしまう。

【０００７】これらの原因により、上記公報に示された
装置でも、上記両運転領域間でのトルク段差を充分に抑
制できなかったり、運転性能等が要求通りに得られなか
ったりするといった問題がある。

【０００８】本発明は、上記の事情に鑑み、成層燃焼領
域と均一燃焼領域とにおいてそれぞれ燃料噴射量の制御
を適正に精度良く行ない、両運転領域間でのトルク段差
を抑制し、トルクの調整を効果的に行なうことができる
筒内噴射式エンジンを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、燃焼室内に直接燃料を噴射するインジェ
クタを備え、一部の運転領域を成層燃焼領域、別の運転
領域を均一燃焼領域とし、上記成層燃焼領域では上記イ
ンジェクタから圧縮行程で燃料を噴射して成層燃焼を行
わせ、上記均一燃焼領域では上記インジェクタから吸気
行程で燃料を噴射して均一燃焼を行わせるようにした筒
内噴射式エンジンにおいて、スロットル開度を成層燃焼
領域では負荷の変化に対して略一定とし、均一燃焼領域
では負荷の変化に応じて変化させるように制御するスロ
ットル開度制御手段と、目標空燃比を成層燃焼領域では
目標トルクもしくはアクセル開度に対応させて設定し、
均一燃焼領域では吸気充填量に対応させて設定する目標
空燃比設定手段と、上記目標空燃比と吸気充填量とに基
づいて上記インジェクタからの燃料噴射量を演算する燃
料噴射量制御手段とを備えたものである。

【００１０】この構成によると、成層燃焼領域及び均一
燃焼領域のいずれにおいても、目標空燃比を設定してこ
れと吸気充填量とに応じて燃料噴射量を演算しているた
め、吸気温や大気圧の変化によって吸気密度が変化した
場合でも、これが燃料噴射量の演算に及ぼす影響が上記
両運転領域において同等となり、両運転領域間でトルク
段差が生じることが防止される。

【００１１】しかも、負荷の変化に対してスロットル開
度が略一定となる成層燃焼領域では目標トルクもしくは
アクセル開度に対応させて目標空燃比を設定するが、負
荷に対応してスロットル開度が変化することにより吸気
充填量が変化する均一燃焼領域では、吸気充填量に対応
させて目標空燃比を設定しているため、実質的な運転状
態と目標空燃比との対応関係が適正に保たれる。

【００１２】この発明のエンジンにおいて、吸気流量を
検出するエアフローセンサの出力から吸気充填量を演算
し、アクセル開度とエンジン回転数とから目標トルクを
演算する演算手段を備えるとともに、スロットル開度制
御手段はエンジン回転数と目標トルクとに基づいてスロ
ットル開度を設定し、空燃比設定手段は成層燃焼領域で
はエンジン回転数と目標トルクとに基づいて目標空燃比
を設定する一方、均一燃焼領域ではエンジン回転数と吸
気充填量とに基づいて目標空燃比を設定し、燃料噴射量
制御手段は目標空燃比と吸気充填量及びエンジン回転数
に基づいて燃料噴射量を演算するようになっていること
が好ましい。

【００１３】このようにすると、上記エアフローセンサ
の出力から吸気充填量が精度良く求められ、さらに目標
トルク、スロットル開度、目標空燃比が適正に求められ
る。

【００１４】また、均一燃焼領域のうちで成層燃焼領域
に隣接する特定運転領域は空燃比を理論空燃比よりもリ
ーンにする均一リーン領域とし、この均一リーン領域で
吸気充填量に対応させて目標空燃比を設定し、均一リー
ン領域と成層燃焼領域において、目標空燃比、吸気充填
量及びエンジン回転数に基づいて燃料噴射量を演算する
ように、上記目標空燃比設定手段及び燃料噴射量制御手
段を構成することが好ましい。

【００１５】このようにすると、とくに均一リーン領域
で吸気充填量と目標空燃比との対応関係が適正に保たれ
る。

【００１６】また、燃料噴射時期制御手段により制御さ
れるインジェクタからの燃料噴射時期や、点火時期制御
手段により制御されるエンジンの点火時期も、成層燃焼
領域では目標トルクもしくはアクセル開度に対応させて
設定し、均一燃焼領域では吸気充填量に対応させて設定
すればよい。さらに、吸気通路にスワール生成のための
コントロール弁を設けた場合においてコントロール弁制
御手段により制御されるコントロール弁の開度も、成層
燃焼領域では目標トルクもしくはアクセル開度に対応さ
せて設定し、均一燃焼領域では吸気充填量に対応させて
設定すればよい。

【００１７】このようにすると、燃料噴射時期や点火時
期やコントロール弁の開度も、目標空燃比と同様に運転
領域に応じて設定され、運転状態に適合し、かつ燃料噴
射量の制御と整合するように制御される。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。図１は本発明の一実施形態による筒内噴
射式エンジンの全体構造を概略的に示したものである。
この図において、エンジン本体１０は複数の気筒１２を
有し、その各気筒１２には、そのシリンダボアに挿入さ
れたピストン１４の上方に燃焼室１５が形成されてい
る。この燃焼室１５には吸気ポート及び排気ポートが開
口し、これらのポートは吸気弁１７及び排気弁１８によ
ってそれぞれ開閉されるようになっている。

【００１９】上記燃焼室１５の中央部には点火プラグ２
０が配設され、そのプラグ先端が燃焼室１５内に臨んで
いる。この点火プラグ２０には、点火時期制御が可能な
点火回路２１が電気的に接続されている。また、燃焼室
１５内には側方からインジェクタ２２の先端部が臨み、
このインジェクタ２２から燃焼室１５内に直接燃料が噴
射されるようになっている。

【００２０】上記エンジン本体１０には吸気通路２４及
び排気通路３４が接続されている。上記吸気通路２４に
は、その上流側から順に、エアクリーナ２５、エアフロ
ーセンサ２６、モータ２７により駆動されるスロットル
弁２８及びサージタンク３０が設けられている。サージ
タンク３０の下流には気筒別の独立吸気通路が設けら
れ、各独立吸気通路が吸気ポートに連通している。当実
施形態では、各独立吸気通路の下流側部分が第１，第２
の通路３１ａ，３１ｂに分岐し、その下流の２つの吸気
ポートが燃焼室に開口するとともに、第２の通路３１ｂ
にスワール生成用のコントロール弁３２（以下、Ｓ弁３
２と呼ぶ）が設けられている。

【００２１】上記Ｓ弁３２はアクチュエータ３３により
駆動されて開閉作動するもので、このＳ弁３２により第
２の通路３１ｂが閉じられたときは第１の通路３１ａを
通る吸気によって燃焼室１５内にスワールが生成され、
Ｓ弁３２が開かれるにつれてスワールが弱められるよう
になっている。

【００２２】また、上記排気通路３４には排気ガス浄化
用の触媒３５が設けられている。さらに、排気通路３４
と吸気通路２４との間には排気ガスを還流させるための
ＥＧＲ通路３７が形成され、このＥＧＲ通路３７にＥＧ
Ｒ弁３８が介設されている。

【００２３】このエンジンには、上記エアフローセンサ
２６の他、スロットル開度を検出するスロットル開度セ
ンサ４１、エンジン回転数を検出する回転数センサ４
２、アクセル開度（アクセルペダルの踏み込み量）を検
出するアクセル開度センサ４３、吸気温を検出する吸気
温センサ４４、大気圧を検出する圧力センサ４５、エン
ジン冷却水温を検出する水温センサ４６、排気ガス中の
酸素濃度の検出によって空燃比を検出するＯ₂ センサ４
７等のセンサ類が装備され、これらセンサの出力信号
（検出信号）がＥＣＵ（コントロールユニット）５０に
入力されている。

【００２４】このＥＣＵ５０は、インジェクタ２２から
の燃料噴射量及び噴射タイミングを制御するとともに、
スロットル弁２８を駆動するモータ２７に制御信号を出
力することによりスロットル弁２８の制御を行ない、ま
た、点火回路２１に制御信号を出力することにより点火
時期を制御し、さらに、アクチュエータ２１に制御信号
を出力することによりＳ弁３３の制御も行なうようにな
っている。なお、この他にＥＧＲ弁３８の制御等も上記
ＥＣＵ５０により行なわれる。

【００２５】当実施形態の筒内噴射式エンジンの基本的
な制御としては、図２に示すように上記インジェクタ２
２からの燃料噴射形態及び空燃比が運転領域によって変
更されるようになっている。

【００２６】すなわち、低負荷低回転側の領域は成層燃
焼領域とされ、この領域では、上記インジェクタ２２か
ら圧縮行程の後期に燃料が噴射されることにより、点火
プラグ２０付近に混合気が偏在する成層状態で燃焼が行
なわれる。この場合、スロットル弁２８の開度が大きく
されて吸入空気量が多くされることにより燃焼室全体の
空燃比としては大幅なリーン状態（例えば４０以上）と
される。

【００２７】また、上記成層燃焼領域以外の領域は均一
燃焼領域とされ、この領域では、上記インジェクタ２２
から吸気行程の前期に燃料が噴射されることにより、燃
焼室１５全体に均一に混合気が拡散する状態で燃焼が行
なわれる。そして、均一燃焼領域のうちで比較的低負
荷、低回転側の領域では空気過剰率λがλ＞１、つまり
理論空燃比よりもリーンな空燃比（例えば２０程度）と
され、高負荷側、高回転側の領域ではλ＝１、つまり理
論空燃比（Ａ／Ｆ＝１４．７）とされる。均一燃焼領域
のうちでリーンな空燃比とされる運転領域（均一リーン
領域）は成層燃焼領域に隣接している。なお、アクセル
全開域やその付近の高負荷域及び高回転域では、空燃比
を理論空燃比よりもリッチ（λ＜１）に設定してもよ
い。

【００２８】図３は上記ＥＣＵ５０に機能的に含まれる
手段の構成を示している。上記ＥＣＵ５０は、エアフロ
ーセンサ２６の出力(吸気量)afsに基づいて吸気充填量c
eを演算する一方、目標トルク演算手段５２により、予
めアクセル開度accとエンジン回転数neとに対応づけて
目標トルクtrqobが設定されているマップから、そのと
きのアクセル開度acc及びエンジン回転数neに応じた目
標トルクtrqobを演算する。この目標トルクのマップや
後述の各種マップは、ＥＣＵ５０内のメモリに記憶され
ている。

【００２９】そしてＥＣＵ５０は、スロットル開度制御
手段５３、目標空燃比設定手段５６、燃料噴射量制御手
段５７、燃料噴射時期制御手段６０、点火時期制御手段
６２及びコントロール弁制御手段６５を有している。

【００３０】上記スロットル開度制御手段５３は、スロ
ットル開度演算手段５４と、実際のスロットル開度tvo
が上記スロットル開度演算手段５４により演算された値
となるようにモータ２７に制御信号を出力するスロット
ル制御信号出力手段５５とにより構成されている。

【００３１】上記スロットル開度演算手段５４はその時
の運転状態に応じてスロットル開度tvoを演算する。こ
の場合、図４（ａ）に示すように、上記成層燃焼領域及
び均一リーン領域では、それぞれ、予めエンジン回転数
ne及び目標トルクtrqobに対応づけてスロットル開度tvo
が設定されているマップＭ１１，Ｍ１２から、そのとき
のエンジン回転数ne及び目標トルクtrqobに応じたスロ
ットル開度tvoが演算される。また、λ＝１の均一燃焼
領域では、スロットル開度tvoがアクセル開度accに比例
するように設定される。

【００３２】上記成層燃焼領域においてマップＭ１１で
設定されるスロットル開度tvoは、大幅なリーン状態が
得られるように比較的大きくされるが、スロットル全開
には至らない程度とされる。そして、スロットル弁下流
の吸気圧力が略一定圧力（略大気圧もしくは大気圧より
多少低い圧力）となるように、成層燃焼領域内で目標ト
ルクの変化（負荷の変化）に対してはスロットル開度が
略一定とされ、エンジン回転数の変化に対しては高回転
側ほどスロットル開度が大きくなるように設定されてい
る。

【００３３】また上記均一リーン領域においてマップＭ
１２で設定されるスロットル開度tvoは、この領域で理
論空燃比とされるエンジンと比べると開きぎみで、か
つ、負荷に変化に応じて変化し、つまり目標トルクtrqo
bが高くなるにつれて大きくなるように設定されてい
る。

【００３４】上記目標空燃比設定手段５６はそのときの
運転状態に応じた目標空燃比afwを演算する。この場
合、図４（ｂ）に示すように、成層燃焼領域では、予め
エンジン回転数ne及び目標トルクtrqobに対応づけて目
標空燃比afwが設定されているマップＭ２１から、その
ときのエンジン回転数ne及び目標トルクtrqobに応じた
目標空燃比afwが演算される。均一リーン領域では、予
めエンジン回転数ne及び吸気充填量ceに対応づけて目標
空燃比afwが設定されているマップＭ２２から、そのと
きのエンジン回転数ne及び吸気充填量ceに応じた目標空
燃比afwが演算される。λ＝１の均一燃焼領域では目標
空燃比が１４．７とされる。

【００３５】上記燃料噴射制御量手段５７は燃料噴射量
演算手段５８とインジェクタ制御信号出力手段５９とで
構成され、また、燃料噴射時期制御手段６０は噴射時期
演算手段６１と上記インジェクタ制御信号出力手段５９
とで構成されている。

【００３６】燃料噴射量演算手段５８は、上記目標空燃
比演算手段５８により演算された目標空燃比afwと、エ
アフローセンサ２６の出力等から求められた吸気充填量
ceとに基づき、後述のフローチャート中に示すような演
算処理で燃料噴射量を演算する。また、インジェクタ制
御信号出力手段５９は、上記燃料噴射量演算手段５８に
より演算された燃料噴射量に対応するパルス幅の噴射パ
ルスを、噴射時期演算手段により演算されたタイミング
でインジェクタ２２に出力するようになっている。

【００３７】噴射時期演算手段６１はそのときの運転状
態に応じた燃料噴射時期を演算する。この場合、図４
（ｃ）に示すように、成層燃焼領域では、予めエンジン
回転数ne及び目標トルクtrqobに対応づけて噴射時期が
設定されているマップＭ３１から、そのときのエンジン
回転数ne及び目標トルクtrqobに応じた噴射時期が演算
される。均一リーン領域では、予めエンジン回転数ne及
び吸気充填量ceに対応づけて噴射時期が設定されている
マップＭ３２から、そのときのエンジン回転数ne及び吸
気充填量ceに応じた噴射時期が演算される。上記マップ
Ｍ３１においては圧縮行程後半の範囲内で噴射時期が設
定され、マップＭ３２においては吸気行程前半の範囲内
で噴射時期が設定されている。また、λ＝１の均一燃焼
領域では、噴射時期がエンジン回転数に対応して直線的
に変化するように設定されている。

【００３８】上記点火時期期制御手段６２は、点火時期
演算手段６３と、この点火時期演算手段６３による演算
結果に応じた点火時期制御信号を点火回路２１に出力す
る点火時期制御信号出力手段６４とを備えている。さら
に、コントロール弁制御手段６５は、Ｓ弁開度演算手段
６６と、Ｓ弁３２の実開度がＳ弁開度演算手段６６によ
り演算された値となるようにアクチュエータ３３に制御
信号を出力するＳ弁制御信号出力手段６７とにより構成
されている。

【００３９】上記点火時期演算手段６３はそのときの運
転状態に応じた点火時期を演算する。この場合、図４
（ｄ）に示すように、成層燃焼領域では、予めエンジン
回転数ne及び目標トルクtrqobに対応づけて点火時期が
設定されているマップＭ４１から、そのときのエンジン
回転数ne及び目標トルクtrqobに応じた点火時期が演算
される。均一リーン領域及びλ＝１の均一燃焼領域では
それぞれ、予めエンジン回転数ne及び吸気充填量ceに対
応づけて噴射時期が設定されているマップＭ４２，Ｍ４
３から、そのときのエンジン回転数ne及び吸気充填量ce
に応じた噴射時期が演算される。

【００４０】上記Ｓ弁開度演算手段６６はそのときの運
転状態に応じたＳ弁開度を演算する。この場合も、図４
（ｅ）に示すように、成層燃焼領域では、予めエンジン
回転数ne及び目標トルクtrqobに対応づけてＳ弁開度が
設定されているマップＭ５１から、そのときのエンジン
回転数ne及び目標トルクtrqobに応じたＳ弁開度が演算
され、均一リーン領域及びλ＝１の均一燃焼領域ではそ
れぞれ、予めエンジン回転数ne及び吸気充填量ceに対応
づけてＳ弁開度が設定されているマップＭ５２，Ｍ５３
から、そのときのエンジン回転数ne及び吸気充填量ceに
応じたＳ弁開度が演算される。

【００４１】上記ＥＣＵ５０によるスロットル開度及び
燃料噴射量の制御の具体例を、図４のフローチャートに
よって説明する。

【００４２】このフローチャートに示す処理がスタート
すると、先ずステップＳ１でエンジン回転数ne、アクセ
ル開度acc、吸気量afs、吸気温tha、大気圧atp等の各種
信号が入力される。次にステップＳ２で吸気充填量ceが
演算される。この場合、吸気充填量ceはエンジン回転数
ne及び吸気量(エアフローセンサ出力)afsに基づくが、
吸気温tha及び大気圧atpによる密度補正が加味され、こ
れらの値ne，afs，tha，atpの関数ｆとして充填量ceが
求められる。続いてステップＳ３で、上記目標トルク演
算手段５２の機能に相当する処理として、その時のアク
セル開度accとエンジン回転数neとに応じてマップＭか
ら目標トルクtrqobが演算される。

【００４３】次にステップＳ４で運転状態がλ＝１の均
一燃焼領域にあるか否かが判定され、この領域にない場
合はさらにステップＳ５で均一リーン領域にあるか否か
が判定される。これらの判定に応じ、スロットル開度演
算手段５４及び目標空燃比設定手段５８の機能に相当す
る処理がステップＳ６〜Ｓ１１で行なわれる。

【００４４】すなわち、ステップＳ４及びステップＳ５
の判定がいずれもＮＯであれば運転状態が成層燃焼領域
にあることを意味し、この場合、ステップＳ６でそのと
きのエンジン回転数ne及び目標トルクtrqobに応じて図
４（ａ）のマップ１１からスロットル開度tvoが演算さ
れるとともに、ステップＳ７でそのときのエンジン回転
数ne及び目標トルクtrqobに応じて図４（ｂ）のマップ
２１から目標空燃比afwが演算される。ステップＳ５で
均一リーン領域にあることが判定されたときは、ステッ
プＳ８でそのときのエンジン回転数ne及び目標トルクtr
qobに応じて図４（ａ）のマップ１２からスロットル開
度tvoが演算されるとともに、ステップＳ９でそのとき
のエンジン回転数ne及び吸気充填量ceに応じて図４
（ｂ）のマップ２２から目標空燃比afwが演算される。

【００４５】ステップＳ４で運転状態がλ＝１の均一燃
焼領域にあることが判定されたときには、ステップＳ１
０でアクセル開度accに一定の係数K1を乗じることによ
りスロットル開度tvoが演算されるとともに、ステップ
Ｓ１１で目標空燃比afwが１４．７、つまり理論空燃比
とされる。

【００４６】ステップＳＳ７，Ｓ９，Ｓ１１のいずれか
に続き、燃料噴射量制御手段５７の機能に相当する処理
がステップＳ１２〜Ｓ１５で行なわれる。

【００４７】すなわち、ステップＳ１２で、上記目標空
燃比afwと吸気充填量ceと一定の係数K2とから、基本燃
料噴射量qbaseが次のように演算される。

【００４８】

【数１】qbase＝K2×ce／afw 続いてステップＳ１３で、上記基本燃料噴射量qbaseと
各種補正をトータルした補正値ctotalとから、最終燃料
噴射量qfinが次のように演算される。

【００４９】

【数２】qfin＝qbase×（１＋ctotal）ここで、上記補正値ctotalには、λ＝１の均一燃焼領域
であればＯ₂ センサ４７の出力に基づく空燃比フィード
バック補正値が含まれ、この他に加速補正、エンリッチ
補正などが含まれる。

【００５０】さらにステップＳ１４で、予め調べたイン
ジェクタ２２の特性に基づいて燃料噴射量と噴射パルス
幅との対応関係を設定したテーブルから、上記最終燃料
噴射量qfinに応じた噴射パルス幅Tiを演算する。そし
て、ステップＳ１５で、上記パルス幅Tiの噴射パルスを
出力することにより、燃料噴射が実行され、つまり上記
パルス幅Tiに相当する時間だけインジェクタ２２から燃
料が噴射される。

【００５１】なお、上記フローチャートではスロットル
開度及び燃料噴射量の制御のみを示したが、燃料噴射時
期、点火時期及びＳ弁開度の制御もこれに準じて行なう
ようにすればよい。つまり、上記フローチャート中のス
テップＳ４，Ｓ５のような運転領域の判定に基づき、成
層燃焼領域にある場合はそのときのエンジン回転数neと
目標トルクtrqobとに応じて図４中のマップＭ３１，Ｍ
４１，Ｍ５１から燃料噴射時期、点火時期及びＳ弁開度
を演算し、均一リーン領域にある場合はそのときのエン
ジン回転数neと吸気充填量ceとに応じて図４中のマップ
Ｍ３２，Ｍ４２，Ｍ５２から燃料噴射時期、点火時期及
びＳ弁開度を演算する。また、λ＝１の均一燃焼領域に
ある場合は、図４中に示すエンジン回転数neと噴射時期
との対応関係からエンジン回転数neに応じて噴射時期を
演算するとともに、エンジン回転数neと吸気充填量ceと
に応じてマップＭ４３，Ｍ５３から点火時期及びＳ弁開
度を演算すればよい。

【００５２】以上のような当実施形態の装置によると、
低負荷低回転側の成層燃焼領域では、スロットル開度tv
oが負荷の変化に対しては略一定で、全開に近い大きな
開度とされることにより吸気量が大きされつつ、インジ
ェクタ２２から圧縮行程後半に燃料が燃焼室１５内に噴
射されることにより、燃焼室全体としては大幅なリーン
状態とされつつ点火プラグ回りに混合気が偏在する状態
で成層燃焼が行なわれ、これによって燃費が改善され
る。

【００５３】一方、均一燃焼領域では、吸気行程前半に
インジェクタ２２から燃料が噴射されることにより、燃
焼室１５内の全体に燃料が拡散した状態で均一燃焼が行
なわれるが、この均一燃焼領域のうちで比較的低負荷、
低回転側の均一リーン領域では、目標空燃比afwが理論
空燃比よりもリーンとされて、この領域でも燃費改善が
図られる。また、均一燃焼領域のうちでもとくに高負荷
側、高回転側の運転領域では空燃比がλ＝１（もしくは
これよりリッチな空燃比）とされることにより、出力性
能が確保される。

【００５４】このように燃費改善等のため運転領域によ
って燃焼形態や空燃比が変更され、成層燃焼領域と均一
燃焼領域との境界で空燃比が急変するが、前記の図２〜
図４に示すような制御によると、各運転領域で燃料噴射
量の制御及び出力の調整が適正に精度良く行なわれ、空
燃比が急変する上記運転領域の境界でもトルク段差を生
じることが極力抑制される。

【００５５】具体的に説明すると、従来技術の説明の中
で述べたように、運転状態に応じて吸気量及び空燃比を
調節する必要がある均一リーン領域では、目標空燃比の
マップを設定しておいてこのマップから求めた目標空燃
比と吸気充填量とに基づき燃料噴射量を演算する一方、
吸気充填量が略一定とされる成層燃焼領域では燃料噴射
量を直接マップにより設定しておくようにすることが考
えられる。しかし、このようにすると、予めベンチテス
ト等に基づいて成層燃焼領域における燃料噴射量のマッ
プと均一リーン領域における目標空燃比のマップとを両
運転領域の境界でトルク段差が生じないように設定して
おいても、吸気温や大気圧の変化によって吸気の密度が
変化した場合、均一リーン領域では吸気充填量が変化す
ることに伴って燃料噴射量も変化するのに対し、成層燃
焼領域では吸気温や大気圧の変化に関係なくマップから
燃料噴射量が求められるため、両運転領域の境界で燃料
噴射量の格差が生じ、トルク段差を招く。

【００５６】これに対し、当実施形態の装置では、成層
燃焼領域及び均一リーン領域のいずれにおいても、目標
空燃比afwを設定してこれと吸気充填量ceとに基づき燃
料噴射量を演算しているので、吸気温thaや大気圧atpが
変化しても、吸気充填量ceの変化に応じた燃料噴射量が
変化が上記両運転領域において同等に生じ、燃料噴射量
の格差が生じることはない。しかも、吸入空気の重量を
精度良く検出し得るエアフローセンサ２８の出力afsに
基づいて吸気充填量ceを求めているので、前述の特開平
７−３０１１３９号公報に示されているようにエンジン
回転数及びブーストから吸入空気量を求めるようにした
ものと比べ、吸気充填量（燃焼室に充填された吸気の重
量）をより精度良く求めることができ、これに伴って燃
料噴射量の精度も高められる。

【００５７】また、目標空燃比のマップは、エンジン回
転数neとエンジン負荷に相当する要素とに対応づけて設
定されるが、成層燃焼領域では、吸気充填量ceは略一定
でエンジン負荷に相当する要素とすることができないの
で、エンジン回転数neと目標トルクtrqobとに対応づけ
て目標空燃比afwを設定するようにマップＭ２１が作成
されている。

【００５８】一方、均一リーン領域では目標空燃比afw
をエンジン回転数neと吸気充填量ceとに対応づけて設定
するようにマップＭ２２が作成されているため、エンジ
ンの実質的な運転状態と目標空燃比との対応関係が適正
に保たれる。

【００５９】つまり、リーン空燃比で均一燃焼を行なう
場合には吸気充填量ceが実質的な運転状態（エンジン負
荷等）を決める要因となり、この吸気充填量ceと空燃比
との関係がエンジントルクや燃焼安定性等に大きく影響
するが、前述の特開平７−３０１１３９号公報に示され
ているように均一リーン領域でも目標トルクに対応づけ
て目標空燃比を設定するようにしておくと、吸気温や大
気圧が変化した場合、それに伴い吸気充填量が変化する
ことにより実質的な運転状態と目標空燃比との対応関係
がずれてしまう。これに対し、目標空燃比afwをエンジ
ン回転数neと吸気充填量ceとに対応づけて設定したマッ
プＭ２１を用いると、吸気温thaや大気圧atpの変化によ
って吸気充填量ceが変化したとき、それに応じた目標空
燃比afwが求められることにより、実質的な運転状態と
目標空燃比afwとの対応関係が適正に保たれ、運転性能
が良好に保たれる。

【００６０】また、燃料噴射時期、点火時期及びＳ弁開
度についても、目標空燃比afwと同様に、成層燃焼領域
ではエンジン回転数neと目標トルクtrqobとに対応づけ
て設定したマップＭ３１，Ｍ４１，Ｍ５１が作成される
一方、均一リーン領域においてはエンジン回転数neと吸
気充填量ceとに対応づけて設定したマップＭ３２，Ｍ４
２，Ｍ５２が作成されている。従って、上記燃料噴射時
期、点火時期及び吸気スワールも、エンジンの実質的な
運転状態に適合するように調節され、かつ、これらの制
御と上記燃料噴射量の制御とが整合し、エンジンのトル
クや燃焼状態の調整が適正に行なわれる。

【００６１】なお、上記実施形態では、図４（ａ）中の
成層燃焼領域及び均一リーン領域におけるスロットル開
度tvoのマップＭ１１，Ｍ１２、図４（ｂ）中の成層燃
焼領域における目標空燃比afwのマップＭ２１、図４
（ｃ）中の成層燃焼領域における噴射時期のマップＭ３
１、図４（ｄ）中の成層燃焼領域における点火時期のマ
ップＭ４１、図４（ｅ）中の成層燃焼領域におけるＳ弁
開度のマップＭ５１はそれぞれ、エンジン回転数neと目
標トルクtrqobとに対応づけて設定しているが、目標ト
ルクtrqobの替わりにアクセル開度accを用いてもよい。

【００６２】

【発明の効果】以上のように本発明は、筒内噴射式エン
ジンにおいて、スロットル開度を成層燃焼領域では負荷
の変化に対して略一定とし、均一燃焼領域では負荷の変
化に応じて変化させるように制御するとともに、目標空
燃比を成層燃焼領域では目標トルクもしくはアクセル開
度に対応させ、また均一燃焼領域では吸気充填量に対応
させて設定し、この目標空燃比と吸気充填量とに基づい
てインジェクタからの燃料噴射量を演算するようにして
いるため、吸気温や大気圧の変化によって吸気密度が変
化した場合等にも、両運転領域間でトルク段差が生じる
ことを防止することができる。しかも、成層燃焼領域及
び均一燃焼領域で燃料噴射量を運転状態に対応させて適
正に制御することができ、とくに均一燃焼領域で吸気充
填量と目標空燃比との関係を適正に保ち、トルクの調整
を効果的に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の装置の一実施形態を示す全体概略図で
ある。

【図２】燃焼形態及び空燃比の制御の領域設定を示す説
明図でる。

【図３】ＥＣＵの機能的構成を示すブロック図である。

【図４】（ａ）〜（ｅ）はスロットル開度、目標空燃
比、燃料噴射時期、点火時期及びＳ弁開度の各マップを
示す図である。

【図５】制御の具体例を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１０エンジン本体１５燃焼室２２インジェクタ２６エアフローセンサ２７スロットル弁駆動用のモータ２８スロットル弁３２コントロール弁５０ＥＣＵ５２目標トルク演算手段５３スロットル開度制御手段５６目標空燃比設定手段５７燃料噴射量制御手段６０燃料噴射時期制御手段６２点火時期制御手段６５コントロール弁制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＦ０２Ｄ 41/02 ３２５Ｆ０２Ｄ 41/02 ３２５Ａ 41/14 ３１０ 41/14 ３１０Ｌ 41/34 41/34 Ｅ (72)発明者間宮清孝広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃焼室内に直接燃料を噴射するインジェ
クタを備え、一部の運転領域を成層燃焼領域、別の運転
領域を均一燃焼領域とし、上記成層燃焼領域では上記イ
ンジェクタから圧縮行程で燃料を噴射して成層燃焼を行
わせ、上記均一燃焼領域では上記インジェクタから吸気
行程で燃料を噴射して均一燃焼を行わせるようにした筒
内噴射式エンジンにおいて、スロットル開度を成層燃焼
領域では負荷の変化に対して略一定とし、均一燃焼領域
では負荷の変化に応じて変化させるように制御するスロ
ットル開度制御手段と、目標空燃比を成層燃焼領域では
目標トルクもしくはアクセル開度に対応させて設定し、
均一燃焼領域では吸気充填量に対応させて設定する目標
空燃比設定手段と、上記目標空燃比と吸気充填量とに基
づいて上記インジェクタからの燃料噴射量を制御する燃
料噴射量制御手段とを備えたことを特徴とする筒内噴射
式エンジン。
【請求項２】吸気流量を検出するエアフローセンサの
出力から吸気充填量を演算し、アクセル開度とエンジン
回転数とから目標トルクを演算する演算手段を備えると
ともに、スロットル開度制御手段はエンジン回転数と目
標トルクとに基づいてスロットル開度を設定し、空燃比
設定手段は成層燃焼領域ではエンジン回転数と目標トル
クとに基づいて目標空燃比を設定する一方、均一燃焼領
域ではエンジン回転数と吸気充填量とに基づいて目標空
燃比を設定し、燃料噴射量制御手段は目標空燃比と吸気
充填量及びエンジン回転数に基づいて燃料噴射量を演算
するようになっていることを特徴とする請求項１記載の
筒内噴射式エンジン。
【請求項３】均一燃焼領域のうちで成層燃焼領域に隣
接する特定運転領域は空燃比を理論空燃比よりもリーン
にする均一リーン領域とし、この均一リーン領域で吸気
充填量に対応させて目標空燃比を設定し、均一リーン領
域と成層燃焼領域において、目標空燃比、吸気充填量及
びエンジン回転数に基づいて燃料噴射量を演算するよう
に、上記目標空燃比設定手段及び燃料噴射量制御手段を
構成したことを特徴とする請求項１または２記載の筒内
噴射式エンジン。
【請求項４】インジェクタからの燃料噴射時期を成層
燃焼領域では目標トルクもしくはアクセル開度に対応さ
せて設定し、均一燃焼領域では吸気充填量に対応させて
設定する燃料噴射時期制御手段を備えたことを特徴とす
る請求項１乃至３のいずれかに記載の筒内噴射式エンジ
ン。
【請求項５】エンジンの点火時期を成層燃焼領域では
目標トルクもしくはアクセル開度に対応させて設定し、
均一燃焼領域では吸気充填量に対応させて設定する点火
時期制御手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至４
のいずれかに記載の筒内噴射式エンジン。
【請求項６】吸気通路にスワール生成のためのコント
ロール弁を設けるとともに、このコントロール弁の開度
を成層燃焼領域では目標トルクもしくはアクセル開度に
対応させて設定し、均一燃焼領域では吸気充填量に対応
させて設定するコントロール弁制御手段を備えたことを
特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の筒内噴射
式エンジン。